bonchosmolovskaya_n_e_mehanika_zhidkosti_i_gaza_laboratornyi
.pdfт] = fljQ) - энергетической характеристикой насоса. Испытания по установлению характера зависимостей Я = fiQ), N = f{Q) и т] = У ( 0 называются параметрическими. Обычно они проводятся в заводских либо лабораторных условиях на специально оборудованных стендах в соответствии с ГОСТ 6134-87 «Насосы динамические. Методы испытаний». Характеристики(а) насоса используются для согласования его работы с сетью, а также для подбора оборудования и установления условий его монтажа и эксплуатации.
В качестве примера на рис. 26.1 приведены характеристики {напорная и энергетическая) центробежного насоса марки К 90/20 (насос консольного типа с подачей Q = 90 м^ч и напором Я = 20 м) при п = 2900 об/мин [2].
-г so
2S |
/г |
( |
1 |шах |
|
- |
40 Г) |
|
М20 |
|
N |
|
|
|||
|
ч. |
|
- |
20 |
|||
16 |
|
|
|
N |
к |
|
О |
Н 12 |
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
кВт |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
О N |
|
|
О 4 |
S 12 16 20 |
24 |
2S |
fe л/с |
40 |
|
Рис. 26.1
Подачей (объемной) насоса Q (м^/с, м^час) называется отношение объема подаваемой жидкой среды ко времени.
Напором насоса Н называется разность удельных энергий на выходе (сечение «Н», рис. 26.2) и входе (сечение «В» там же) в насос, выраженная высотой столба подаваемой жидкости.
/У777Р777Р7777^77/
Рис. 26.2
В соответствии с Г0СТ17398-72 напор Я определяется по зависимости
(26.1)
где Р - давление насоса; р - плотность жидкой среды; g ~ ускорение свободного падения.
Для определения давления насоса используется выражение
Р = Рн-Рв + Р |
+ pg(Z„-Z,), |
(26.2) |
где р „ и р в - соответственно давления на выходе (сечение «Н», см. рис. 26.2) и входе (сечение «В» там же) в насос (давления нагнетания и всасывания); V„ и - скорости жидкой среды на выходе и входе в насос; Z»H высоты центров тяжести сечений выхода и входа в насос.
Так как давления рн и р^ измеряются соответственно манометром 1 и вакууметром 2 (применение вакууметра предусматривается для случая создания вакуума на входе в насос) и вакуум является отрицательным избыточным давлением, выражение (26.1) с учетом (26.2) после несложных преобразований прршимает вид
V}-V} |
(26.3) |
|
221
где Аман И Авак " соответственно показания манометра 1 и вакуумметра 2, выраженные в метрах столба перекачиваемой жидкости; F„ и Fg имеют те же значения, что и в выражении (26.2); ho - расстояние по вертикали между отметкой положения манометра и точкой подключения вакуумметра (см. рис. 26.2).
Выражение (26.3) при условии равенства диаметров всасывающей и нагнетательной линий (d„ = d^ или при незначительной (по
сравнению с напором Н) разности скоростных напоров |
- F^B) /2g |
||
можно записать в следующем виде: |
|
|
|
^ |
= |
|
(26-4) |
Полезная мощность насоса N„ - мощность, сообщаемая насосом |
|||
подаваемой жидкой среде: |
|
|
|
К = 9gQH=pQI\m, |
кВт, |
(26.5) |
|
где р - давление, Н/м^; Q - |
подача, м^/с. |
|
|
Мощностью насоса N называется мощность, потребляемая насосом:
N=Mm,
где М - крутящий момент на валу насоса, Н-м; со - угловая скорость вращения вала, с '.
ГОСТ 6134-87 допускает определение мощности насоса N путем измерения мощности приводящего электродвигателя (ЭД) с последуМВДим учетом его КПД при работе на заданном режиме. В этом
случае выражение для расчета N имеет вид |
|
Л^=11дв Лп ' ^^'эл.кВт, |
(26.6) |
где Т1дв - КПД электродвигателя, определяемый по графику его зависимости от нагрузки ЭД; Tin - КПД передачи; при непосредственном соединении насоса с ЭД т|„ = 1; мощность, потребляемая ЭД из сети, кВт.
Отношение мощностей iV„ и Л''называется КПД насоса:
N
Характеристики насоса, полученные для определенной частоты вращения вала п, могут быть пересчитаны на любую другую частоту вращения пу по формулам теории подобия:
п |
К. |
п |
\ 3 |
|
|
(26.8) |
а«1 я,
Опвсание опытной установки
Экспериментальная установка (рис. 26.3) включает следующие основные элементы: насос, электродвигатель, всасывающую и нагнетательную линии, напорный бак, измерительную аппаратуру.
Рис. 26.3
Насос 1 соединен с электродвигателем 2 при помощи упругой муфты. На всасывающей линии 3 насоса смонтировано приемное устройство 4, состоящее из обратного клапана и предохранительной сетки. Кроме того, на всасывающей линии установлена регулирующая задвижка 5. На нагнетательной линии 6 установлены регулирующая задвижка 7 и расходомер (труба Вентури) 8. Напорный бак 9, используемый для приема воды, опорожняется при помощи сливной трубы 10, снабженной задвижкой 11.
Для поддержания постоянного напора и предупреждения переполнения в баке имеется холостой сброс, состоящий из трубы 12 и конической воронки 13.
Измерительная аппаратура включает вакуумметр 14, манометр 15, дифференциальный манометр 16, присоединенный к расходомеру 8. 15змёрениё' частоТБГвращения вала рабочего колеса осуществляется с помощью электронного тахометра 17. Определение мощности насоса N производится косвенным путем - по подведенной мощности электрического тока к обмоткам электродвигателя. Для измерения этой мощности используется трехфазный ваттметр 18.
Порядок выполнения работы
1.Перед запуском стенда в работу открыть задвижку 7 на нагнетательной линии 6 и произвести заполнение насоса 1 водой.
2.Включить насос. Для исключения перегрузки электродвигателя перед пуском насоса произвести закрытие задвижки 7.
3.При закрытой задвижке 7 снять показания вакуумметра 14, манометра 15, дифманометра 16, тахометра 17, ваттметра 18.
4. Путем последовательного открытия задвижки 7 установить 7...9 других режимов работы насоса и для каждого из них произвести те же замеры, что были перечислены в п.З.
5. Для получения надежных результатов рекомендуется повторить опыты последовательно в обратном порядке (до полного закрытия задвижки 7). Все результаты измерений внести в таблицу (табл. 26.1). В приведенном виде таблица предусматривает определение напора насоса по выражению (26.4).
№ опыта
Размерность
1
2
3
4
5
6
Определение подачи насоса
Показания |
Подача |
|
дифма- |
насоса |
|
номегра |
||
Q |
||
h |
||
|
||
м вод.ст. |
л/с |
Определение напора насоса |
|
|
Определение |
|
|||
|
Полезная |
мощности насоса |
|
||||
|
|
|
|
|
|||
Показания |
Показания |
|
мощность |
Показания |
Мощность |
КПД |
|
вакууметра |
манометра |
Напор |
насоса |
насоса |
|||
|
|
|
я |
N, |
ваттметра |
насоса |
|
|
Р |
^ман |
|
N |
|
||
|
|
|
|
|
|||
мм рт. ст. м вод. ст. кгс/см^ |
м вод. ст. |
м |
кВт |
кВт |
кВт |
% |
|
П р и м е ч а н и я : Марка насоса - Диаметр всасывающей линии Й?В =
Диаметр нагнетательной линии d„ =
Вертикальное расстояние между отметкой положения манометра и точкой подключения вакууметра Но= .
to NJ
КПД электродвигателя Пдв =
Lf,
6.После проведения испытаний произвести отключение насоса 1
иваттметра 18.
Обработка опытных данных
1.По разности h показаний дифференциального манометра, подключенного к расходомеру Вентури, и по тарировочному графику Q =j{h) определить подачу насоса Q (л/с).
2.По формуле (26.4) рассчитать напор Я, развиваемый насосом (м).
3.По формуле (26.5) определить полезную мощность насоса Л'п (кВт).
4.По формуле (26.6) с использованием графической зависимости КПД электродвигателя от подведенной к нему мощности определить мощность насоса N (кВт).
5.По формуле (26.7) определить полный КПД насоса ц. Все результаты расчета внести в табл. 26.1.
6.На основании результатов вычислений, полученных для заданной частоты вращения и рабочего колеса, построить напорную
(Я = Х 0 ) и энергетическую (N^fijQ), т| =fiQ)) характеристики насоса. При построении графиков характеристик следует ориентироваться на образец, приведенный на рис. 26.1.
7.На графиках установить оптимальные значения параметров напора (Яопт)) подачи (2опт)» мощности (Nom) насоса, соответствующие режиму работы с максимальным КПД (т1„ах)- Здесь же показать рабочий интервал эксплуатации насоса, в рамках которого величина максимального КПД (т1мах) снижается не более чем на 10 %.
8.При необходимости построения характеристик насоса для другой частоты вращения п произвести пересчет параметров Q, Н, N по формулам подобия (26.8).
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2 7
КАВИТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Цель работы
1. Демонстрация на лабораторном стенде внешних признаков возникновения кавитации при работе центробежного насоса.
2. Построение кавитационной характеристики и определение допустимых значений кавитационного запаса и высоты всасывания насоса.
Общие сведения
Кавитацией называется явление вскипания жидкости при понижении давления до давления насыщенных паров перекачиваемой
•жидкости. Вскипание жидкости сопровождается образованием каверн (паровых и газовых пузырей), которые увлекаются потоком в область повышенного давления, где происходит их конденсация. При конденсации имеет место движение частиц жидкости к центру каверны с возрастающей скоростью. При достижении центра каверны происходит соударение частиц, сопровождаемое резким повышением давления (гидравлический удар). Под действием гидравлических ударов, протекающих с высокой частотой, происходит местное разрушение (эрозия) рабочей поверхности насосного колеса, что является наиболее опасным следствием кавитации.
Правильная установка насоса относительно уровня рабочей жидкости в баке, выбор размеров и параметров потока во всасывающем трубопроводе должны обеспечивать работу насоса в бескавитационном режиме.
Для исключения кавитации необходимо, чтобы абсолютное давление на входе в насос рвх было выше давления насыщенных паров Рн п. перекачиваемой жидкости.
На основании уравнения Д. Бернулли зависимость для определе-
ния давления Рвх имеет вид |
|
|
Лх I p g - P Q i p g - H , - V^ / 2g - |
3,, |
(27.1) |
227
где ро - абсолютное давление в приемном резервуаре (чаще всего равно атмосферному давлению); Н^ - высота всасывания; V^ - скорость жидкости на входе в насос; hjp,^ - потери напора во всасывающей линии.
Из уравнения (27.1) видно, что повышение высоты всасывания Яв и потерь напора /г^р во приводит к снижению давления р^^ на входе в насос. При достаточно больших значениях высоты всасывания и сопротивления всасывающей линии давление на входе в насое становится настолько малым, что становится равным давлению насыщенных паров /?„ п, при котором возникает кавитация.
С.С. Рудневым для определения нормальных условий работы насоса было предложено использовать понятие допускаемого кавитационного запаса (ДКЗ) А/г. Под ДКЗ Ah понимают превышение полного напора жидкости на входе в насос над напором, который соответствует давлению насыщенного пара р„,„ перекачиваемой жидкости при рабочей температуре:
А^ = Рьх l9S + У^ Ipg - Рил/Р8 • |
(27.2) |
В практике эксплуатации лопастных гидромашин наряду с Ah используется и такой параметр, как критический кавитационный запас ААкр, соответствующий моменту начала кавитации в потоке жидкости. Для определения кавитационных качеств насоса проводят его испытания, по результатам которых получают кавитационную характеристику (рис. 27.1).
Я , |
n=const |
JL |
|
|
|
h |
г . |
JL |
|
||
|
|
V |
|
АИкр., /1ккр., |
Jh |
Рис. 27.1
Она представляет собой зависимости напора Я, мощности N, КПД т] от ДКЗ Ah при постоянных значениях подачи насоса Q и частоты вращения п рабочего колеса. При достаточно больших значениях ДКЗ Ah показатели насоса (Н, N, т]) сохраняются постоянными. Однако при достижении критического значения ДКЗ (ААкр) эти показатели уменьшаются. На кавитащюнной характеристике обычно различают два критических режима кавитации - первый и второй при значениях Ah^,\ и ААкр2 соответственно. Первый критический режим соответствует моменту начала кавитации в насосе и определяется по началу снижения напора, мощности и КПД. Второй режим (при Ah^j) соответствует моменту срыва работы насоса и характеризуется началом резкого падения напора, мощности, КПД и подачи. Если при эксплуатации насоса необходимо исключить кавитационный режим, то в этом случае за наименьший кавитационный запас принимается значение ААкрь
Критический кавитационный запас может быть рассчитан по формуле С.С. Руднева:
Ah^ = \ o { n ^ / c f \ |
(27.3) |
где п — частота вращения рабочего колеса, мин '; Q - подача насоса м^/с; С - кавитационный коэффициент быстроходности (С = 800.. Д ООО
для АЛкр1 и С = 1300 1500 для ААкрг).
На практике, ввиду сложности учета всех факторов, назначают небольшое превышение допустимого кавитационного запаса над критическим. Обычно это превышение принимается равным
= |
(27.4) |
Таким образом, для обеспечения нормальной работы насоса необходимо, чтобы
Ah>Ah,on. (27.5)
С учётом условия (27.5) из выражения (27.2) следует
Рвх /(pghVs |
/(pgh |
• |
(27.6). |